Схема обнаружения и защиты высокого / низкого напряжения с использованием микроконтроллера pic

Мы часто видим колебания напряжения в электросети у себя дома, что может вызвать неисправность в наших бытовых приборах переменного тока. Сегодня мы строим недорогую схему защиты от высокого и низкого напряжения, которая отключит электропитание устройств в случае высокого или низкого напряжения. Он также отобразит предупреждающее сообщение на ЖК-дисплее 16x2. В этом проекте мы использовали микроконтроллер PIC для считывания и сравнения входного напряжения с опорным напряжением и принятия соответствующих мер.

Мы сделали эту схему на печатной плате и добавили дополнительную схему на печатной плате для той же цели, но на этот раз с использованием операционного усилителя LM358 (без микроконтроллера). В демонстрационных целях мы выбрали предел низкого напряжения как 150 В и предел высокого напряжения как 200 В. Здесь, в этом проекте, мы не использовали какое-либо реле для отключения, мы просто продемонстрировали его с помощью ЖК-дисплея, посмотрите видео в конце этой статьи. Но пользователь может присоединить реле к этой схеме и подключить его к GPIO PIC.

Ознакомьтесь с другими нашими проектами печатных плат здесь.

Необходимые компоненты:

PIC микроконтроллер PIC18F2520
Печатная плата (заказывается в EasyEDA)
Микросхема LM358
3-контактный клеммный разъем (опционально)
ЖК-дисплей 16x2
BC547 Транзистор
Резистор 1к
Резистор 2к2
Резистор 30К SMD
10к SMD
Конденсаторы - 0,1 мкФ, 10 мкФ, 1000 мкФ
28-контактная база IC
Мужские / женские палочки
7805 Регуляторы напряжения- 7805, 7812
Программист Pickit2
СВЕТОДИОД
Стабилитрон - 5,1 В, 7,5 В, 9,2 В
Трансформатор 12-0-12
Кристалл 12 МГц
Конденсатор 33 пФ
Регулятор напряжения (регулятор скорости вентилятора)

Рабочее объяснение:

В этой цепи отключения высокого и низкого напряжения мы считали напряжение переменного тока с помощью микроконтроллера PIC с помощью схемы трансформатора, мостового выпрямителя и делителя напряжения и отображали его на ЖК-дисплее 16x2. Затем мы сравнили напряжение переменного тока с предварительно заданными пределами и соответственно отобразили предупреждающее сообщение на ЖК-дисплее. Например, если напряжение ниже 150 В, тогда мы показываем «Низкое напряжение», а если напряжение выше 200 В, то мы показываем текст «Высокое напряжение» на ЖК-дисплее. Мы можем изменить эти ограничения в коде PIC, приведенном в конце этого проекта. Здесь мы использовали регулятор вентилятора для увеличения и уменьшения входящего напряжения в демонстрационных целях в видео.

В эту схему мы также добавили простую схему защиты от пониженного и повышенного напряжения без использования микроконтроллера. В этой простой схеме мы использовали LM358 компаратор для сравнения входного и опорного напряжения. Итак, в этом проекте у нас есть три варианта:

Измерьте и сравните напряжение переменного тока с помощью трансформатора, мостового выпрямителя, схемы делителя напряжения и микроконтроллера PIC.
Обнаружение повышенного и пониженного напряжения с помощью LM358 с помощью трансформатора, выпрямителя и компаратора LM358 (без микроконтроллера)
Обнаружение пониженного и повышенного напряжения с помощью компаратора LM358 и передача его выхода на микроконтроллер PIC для выполнения действий по коду.

Здесь мы продемонстрировали первый вариант этого проекта. В котором мы снизили входное напряжение переменного тока, а затем преобразовали его в постоянный ток с помощью мостового выпрямителя, а затем снова сопоставили это напряжение постоянного тока с 5 В, а затем, наконец, подали это напряжение на микроконтроллер PIC для сравнения и отображения.

В микроконтроллере PIC мы считали это отображаемое напряжение постоянного тока и на основе этого отображенного значения мы вычислили входящее напряжение переменного тока с помощью данной формулы:

вольт = ((adcValue * 240) / 1023)

где adcValue - эквивалентное значение входного напряжения постоянного тока на выводе ADC контроллера PIC, а volt - приложенное напряжение переменного тока. Здесь мы взяли максимальное входное напряжение 240 В.

или, в качестве альтернативы, мы можем использовать данный метод для отображения эквивалентного входного значения постоянного тока.

вольт = карта (adcVlaue, 530, 895, 100, 240)

где adcValue - эквивалентное значение входного напряжения постоянного тока на выводе АЦП контроллера PIC, 530 - минимальное эквивалентное значение постоянного напряжения, а 895 - максимальное эквивалентное значение постоянного напряжения. И 100 В - это минимальное напряжение отображения, а 240 В - максимальное напряжение отображения.

Означает, что входное напряжение 10 мВ постоянного тока на выводе PIC ADC равно значению, эквивалентному 2,046 ADC. Итак, здесь мы выбрали 530 в качестве минимального значения, что означает, что напряжение на выводе АЦП PIC будет:

(((530 / 2,046) * 10) / 1000) Вольт

2,6 В, которое будет отображаться как минимальное значение 100 В переменного тока

(Тот же расчет для максимального лимита).

Проверьте, что функция карты дана в программном коде PIC в конце. Узнайте больше о схеме делителя напряжения и отображении напряжений с помощью АЦП здесь.

Работа над этим проектом проста. В этом проекте мы использовали регулятор вентилятора переменного напряжения для демонстрации этого. К входу трансформатора мы прикрепили регулятор вентилятора. А затем, увеличивая или уменьшая его сопротивление, мы получали желаемое выходное напряжение.

В коде мы зафиксировали максимальное и минимальное значения напряжения для обнаружения высокого и низкого напряжения. Мы установили 200 В как предел перенапряжения и 150 В как нижний предел напряжения. Теперь, после включения схемы, мы можем видеть входное напряжение переменного тока на ЖК-дисплее. Когда входное напряжение увеличивается, мы можем видеть изменения напряжения на ЖК-дисплее, и если напряжение становится больше, чем предел напряжения, ЖК-дисплей предупреждает нас с помощью «Предупреждение о высоком напряжении», а если напряжение падает ниже предела напряжения, ЖК-дисплей предупреждает нас, показывая « Предупреждение о низком напряжении ». Таким образом, его также можно использовать в качестве электронного автоматического выключателя.

Мы также можем добавить реле для подключения любых устройств переменного тока к автоматическому отключению при низком или высоком напряжении. Нам просто нужно добавить строку кода для выключения устройства под предупреждающим сообщением на ЖК-дисплее с кодом. Отметьте здесь, чтобы использовать реле с приборами переменного тока.

Описание схемы:

В схеме защиты от высокого и низкого напряжения мы использовали операционный усилитель LM358, который имеет два выхода, подключенных к 2 и 3 контактам микроконтроллера PIC. А делитель напряжения используется для деления напряжения и подключает его выход к 4-му штырю микроконтроллера PIC. ЖК-дисплей подключен к PORTB PIC в 4-битном режиме. RS и EN подключены напрямую к B0 и B1, а выводы данных D4, D5, D6 и D7 ЖК-дисплея подключены к B2, B3, B4 и B5 соответственно. В этом проекте мы использовали два регулятора напряжения: 7805 для питания микроконтроллера и 7812 для схемы LM358. И понижающий трансформатор 12В-0-12В также используется для понижения напряжения переменного тока. Остальные компоненты показаны на схеме ниже.

Объяснение программирования:

Программировать часть этого проекта очень просто. В этом коде нам просто нужно рассчитать напряжение переменного тока, используя отображаемое напряжение 0-5 В, поступающее из цепи делителя напряжения, а затем сравнить его с предопределенными значениями. Вы можете проверить полный код PIC после этого проекта.

Во-первых, в код мы включили заголовок и настроили биты конфигурации микроконтроллера PIC. Если вы новичок в кодировании PIC, изучите микроконтроллер PIC и его биты конфигурации здесь.

Затем мы использовали некоторые функции для управления ЖК-дисплеем, такие как void lcdbegin () для инициализации ЖК-дисплея, void lcdcmd (char ch) для отправки команды на ЖК-дисплей, void lcdwrite (char ch) для отправки данных на ЖК-дисплей и void lcdprint (char * str) для отправки строки на LCD. Проверьте все функции в приведенном ниже коде.

Данная функция используется для отображения значений:

длинная карта (long x, long in_min, long in_max, long out_min, long out_max) {return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min; }

Данная функция int analogRead (int ch) используется для инициализации и чтения АЦП:

int analogRead (int ch) {int adcData = 0; если (ch == 0) ADCON0 = 0x03; // канал ADC 0 иначе if (ch == 1) ADCON0 = 0x0b; // выбираем канал ADC 1 иначе if (ch == 2) ADCON0 = 0x0b; // выбор канала АЦП 2 ADCON1 = 0b00001100; // выбираем аналоговые i / p 0,1 и 2 канала АЦП ADCON2 = 0b10001010; // время выдержки времени удержания ограничения while (GODONE == 1); // начало преобразования adc value adcData = (ADRESL) + (ADRESH << 8); // Сохраняем 10-битный вывод ADON = 0; // отключение adc return adcData; }

Указанные строки используются для получения отсчетов АЦП и вычисления среднего из них, а затем вычисления напряжения:

в то время как (1) {long adcValue = 0; int volt = 0; for (int i = 0; i <100; i ++) // выборка {adcValue + = analogRead (2); задержка (1); } adcValue / = 100; #if method == 1 вольт = (((float) adcValue * 240.0) /1023.0); #else volt = map (adcValue, 530, 895, 100, 240); #endif sprintf (результат, "% d", вольт);

И, наконец, данная функция используется для выполнения результата:

если (вольт> 200) {lcdcmd (1); lcdprint («Высокое напряжение»); ЖКД (192); lcdprint («Предупреждение»); задержка (1000); } иначе, если (вольт <150) {lcdcmd (1); lcdprint («Низкое напряжение»); ЖКД (192); lcdprint («Предупреждение»); задержка (1000); }

Проектирование схем и печатных плат с использованием EasyEDA:

Для разработки этой схемы детектора ВЫСОКОГО и НИЗКОГО напряжения мы выбрали онлайн-инструмент EDA под названием EasyEDA. Ранее мы много раз использовали EasyEDA и нашли его очень удобным в использовании по сравнению с другими производителями печатных плат. Ознакомьтесь со всеми нашими проектами печатных плат. EasyEDA - это не только универсальное решение для схемотехнического захвата, моделирования схем и проектирования печатных плат, они также предлагают недорогие услуги по поиску прототипов печатных плат и компонентов. Недавно они запустили свою службу поиска компонентов, где у них есть большой запас электронных компонентов, и пользователи могут заказывать необходимые компоненты вместе с заказом печатной платы.

При разработке схем и печатных плат вы также можете сделать свои схемы и конструкции печатных плат общедоступными, чтобы другие пользователи могли их копировать или редактировать и извлекать выгоду из этого. Мы также сделали общедоступными макеты всех схем и печатных плат для этого высокого и низкого напряжения. Схема защиты, проверьте ссылку ниже:

easyeda.com/circuitdigest/HIGH_LOW_Voltage_Detector-4dc240b0fde140719c2401096e2410e6

Ниже приведен снимок верхнего слоя компоновки печатной платы из EasyEDA. Вы можете просмотреть любой слой (верхний, нижний, Topsilk, снизу и т.д.) печатной платы, выбрав слой в окне «Слои».

Вы также можете просмотреть фото печатной платы с помощью EasyEDA:

Расчет и заказ печатных плат онлайн:

После завершения проектирования печатной платы вы можете щелкнуть значок вывода Fabrication выше. Затем вы перейдете на страницу заказа печатных плат, чтобы загрузить файлы Gerber вашей печатной платы и отправить их любому производителю. Также намного проще (и дешевле) заказать их прямо в EasyEDA. Здесь вы можете выбрать количество плат, которые вы хотите заказать, сколько слоев меди вам нужно, толщину печатной платы, вес меди и даже цвет печатной платы. После того, как вы выбрали все параметры, нажмите «Сохранить в корзину» и завершите свой заказ. Через несколько дней вы получите свои печатные платы. Пользователь также может обратиться к местному поставщику печатных плат для изготовления печатных плат с использованием файла Gerber.

Доставка EasyEDA осуществляется очень быстро, и через несколько дней после заказа печатных плат я получил образцы печатных плат:

Ниже представлены фотографии после пайки компонентов на печатную плату:

Таким образом мы можем легко построить схему защиты от низкого и высокого напряжения для нашего дома. Далее вам просто нужно добавить реле для подключения к нему любых приборов переменного тока, чтобы защитить его от колебаний напряжения. Просто подключите реле к любому контакту общего назначения PIC MCU и напишите код, чтобы сделать этот контакт высоким и низким вместе с кодом сообщения ЖК-дисплея.